港珠澳大桥钢箱梁板单元制造技术研究及实施（1106完全版） - 图文

港珠澳大桥钢箱梁板单元制造技术研究与实施

技术总结报告

编 制：＿＿＿＿＿＿ 校 对：＿＿＿＿＿＿ 审 核：＿＿＿＿＿＿ 批 准：＿＿＿＿＿＿

武船重型工程股份有限公司

2013年11月

目 录

1、项目背景 .................................................................................................................. 1

1.1工程概况 ........................................................................................................... 1 1.2钢桥制造概述 ................................................................................................... 4 1.3板单元制造技术研究的目的 ........................................................................... 5 2、国内外技术现状 ...................................................................................................... 6

2.1国内技术现状 ................................................................................................... 6 2.2国外技术现状 ................................................................................................... 7 3、研究内容与技术线路 .............................................................................................. 9

3.1研究内容 ........................................................................................................... 9

3.1.1板单元制造技术的研究 ......................................................................... 9 3.1.2加工流程和生产线的布局研究 ........................................................... 10 3.2技术线路 ......................................................................................................... 10 4、制造工艺流程布局设计 ........................................................................................ 11

4.1制造单元件的分类 ......................................................................................... 11 4.2单元件的物量分析 ......................................................................................... 13 4.3板单元制造工艺流程 ..................................................................................... 14 4.4生产线总体布置设计 ..................................................................................... 18 4.5生产线总体科学规划 ..................................................................................... 21 4.6生产线在线可视化管理技术 ......................................................................... 21 5、关键制造技术研究及设备的研制 ........................................................................ 22

5.1钢板的焊缝机械清磨及自动划线打标技术 ................................................. 22 5.2板单元件的流水线自动加工技术 ................................................................. 24 5.3板单元的机械化自动装配技术 ..................................................................... 26 5.4多头焊机自动跟踪焊接技术 ......................................................................... 29 5.5横隔板单元的机器人焊接技术 ..................................................................... 33 5.5板单元的机械校正技术 ................................................................................. 35 6、设备的配置及生产效率 ........................................................................................ 42

6.1 预处理生产线 ................................................................................................ 42

6.2板材加工生产线 ............................................................................................. 44 6.3 U肋加工生产线 ............................................................................................. 45 6.4板肋加工生产线 ............................................................................................. 45 6.5U肋板单元生产线 .......................................................................................... 46 6.6 板肋板单元生产线 ........................................................................................ 51 6.7横隔板板单元生产线 ..................................................................................... 56 6.8横肋板单元（T型梁）生产线 ..................................................................... 60 7、创新点与实施成果 ................................................................................................ 61

7.1项目实施前后对比： ..................................................................................... 61 7.2创新成果 ......................................................................................................... 69

7.2.1设备配置齐全先进，工艺流程顺畅，布局更完善 ........................... 69 7.2.2机械化自动化程度提高 ....................................................................... 70 7.2.3板单元制造质量实现质的飞跃 ........................................................... 72 7.2.4生产工效得到了提高 ........................................................................... 72 7.2.5设备技术创新的新亮点 ....................................................................... 73 7.3创新点 ............................................................................................................. 74 8、经济与社会效益 .................................................................................................... 75

8.1经济效益 ......................................................................................................... 75 8.2 社会效益 ........................................................................................................ 77 附件一：生产总布置图 .............................................................................................. 81

1、项目背景

1.1工程概况

正在建设的港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区的大型跨海通道（见图1.1－1），是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程。

港珠澳大桥工程包括三项内容：一是海中桥隧工程；二是香港、珠海和澳门三地口岸；三是香港、珠海、澳门三地连接线。海中桥隧主体工程（粤港分界线至珠海和澳门口岸段）由粤港澳三地共同建设，主体工程长约29.6km，采用桥隧组合方案，穿越伶仃西航道和铜鼓航道段约6.7km 采用隧道方案，其余路段约22.9km 采用桥梁方案。为实现桥隧转换和设置通风井，主体工程隧道两端各设置一个海中人工岛，东人工岛东边缘距粤港分界线约366m，西人工岛东边缘距伶仃西航道约2000m，两人工岛最近间距5584m。

图1-1 港珠澳大桥总平面图

港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB02合同段起点桩号为K22+083，经深水区非通航孔桥、江海直达船航道桥，止于浅水区非通航孔桥，终点桩号为K29+237，全长7.154km。它包括非通航孔桥钢箱梁、江海直达船航道桥钢箱梁和钢索塔的制造。其中，深水区非通航孔桥采用110m跨钢梁连续梁桥，江海直达船航道桥为中央平行单索面三塔钢箱梁斜拉桥，总工程量16.33万吨。 ? 深水区非通航孔桥

深水区非通航孔桥为110m等跨径连续钢箱梁桥。 14～20联采用6×110m

1

港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB02合同段工程概况

一、工程简介

港珠澳大桥主体工程桥梁工程全长约22.9km，东自西人工岛结合部非通航孔桥深水区非通航孔桥的分界墩起K13+413，西至拱北/明珠附近的海中填筑的珠海/澳门口岸人工岛止K35+890，主要包括通航孔桥梁、浅水区非通航孔桥梁及深水区非通航孔桥梁三大部分。我公司承接的CB02合同段起点桩里程号为K22+083，终点桩里程号为K29+237，全长7.154km，包括部分深水区非通航孔桥钢箱梁、江海直达船航道桥钢箱梁和钢索塔的制造，总吨位约16.34万吨。 二、工程简图

三、CB02合同段主要工程量 四、桥址位置 六、索塔示意图

桥名 总吨位 桥型说明及跨径布置 采用中央单索面三塔钢箱梁斜拉桥，桥跨110+129+258+258+129+110=994m，两个中跨和次边跨布设斜拉索。主跨和次边跨采用两侧带长悬臂的单箱三室断面，次边跨采用分箱形式，横向两个分离钢箱梁直接用横向连接箱和工字梁连接。 江海直达船航道桥索塔为“海豚” 形索塔，边索塔和中索塔的索塔高度分别为108.5m 和109.756m。索塔塔身分主塔柱、副塔柱、主副塔柱联系杆及索塔三角撑四部分。 采用连续钢箱梁体系，深水区非通航孔桥为110米等跨径连续钢箱梁桥。 14～20联采用6×110m=660m六跨整幅等截面钢箱连续梁。21联和23联为5×110m=550m五跨变截面钢箱连续梁。24联采用4×110m=440m四跨整幅等截面钢箱连续梁，共计56个110m跨钢箱梁。钢箱梁梁宽33.1m，梁高4.5m。 桥型布置图

五、钢箱梁示意图

边腹板

斜底板

底板

2

江海直达船 航道桥 钢箱梁 约2.61 万吨 联系杆

塔柱装饰部分

横隔板

顶板

塔柱 受力部分

钢索塔 约0.93 万吨 副 塔 柱

深水区 非通航孔桥 约12.8 万吨 三角撑

合计 约16.34万吨 中腹板 横肋板 挑臂

660m六跨整幅等截面钢箱连续梁，桥型布置见图1-1。21联和23联为5×110m =550m五跨变截面钢箱连续梁。24联采用4×110m=440m四跨整幅等截面钢箱连续梁，桥型见图1-2。钢箱梁梁宽33.1m，梁高4.5m，断面构造见图1-3。

图1-1 非通航孔桥6×110m=660m六跨钢箱连续梁桥型布置图

图1-2 非通航孔桥4×110m=440m钢箱连续梁桥型布置图

33100图1-3 非通航孔桥钢箱梁断面示意图 ? 江海直达船航道桥

江海直达船航道桥为中央平行单索面三塔钢箱梁斜拉桥，桥型布置见图1-4。钢箱梁分为整箱和分体箱两种形式，整箱断面为两侧带长挑臂的单箱三室，箱梁梁宽38.8m，梁高4.5m，结构示意见图1-5；分体箱采用横向两个分离钢箱梁之间用横向连接箱和工字梁加以连接，箱梁全宽和梁高等均与整箱相同，结构示意见图1-6。 图1-4 江海直达船航道桥立面示意图

3

4500

图1-5 江海直达船航道桥分离式钢箱梁断面图

图1-6 江海直达船航道桥整体式钢箱梁断面图

1.2钢桥制造概述

港珠澳大桥工程吨位大、梁段数量多、质量要求高，根据本桥的特点，结合我公司的产业布局，将钢箱梁制造分为三个阶段，即：板单元在公司本部车间制造，充分发挥车间的生产、技术优势，应用各类专用胎型模具和设备，保证板单元批量生产的质量稳定；将板单元船运至梁段拼装场地——中山基地，进行梁段及大节段制造；将梁段或大节段装船运至桥址进行架设安装和现场连接。港珠澳大桥总体制造工艺流程见图1.2－1。

1.2－1港珠澳大桥总体制造工艺流程

4

1.3板单元制造技术研究的目的

港珠澳大桥是中国交通建设史上技术最复杂、建筑要求和标准最高、安全及环境要求最严的一个工程。其中桥梁工程长约22.9km，桥梁钢结构制造工程包括钢箱梁、钢槽梁、钢锚箱及钢索塔等，用钢量约为42万吨。桥梁钢结构制造工程特点可概括为如下三个方面：

1、工程总量大：Ⅰ标、Ⅱ标、Ⅲ标分别达18、16、8万余吨，与目前国内建造的其他工程相比加工量大出许多；

2、技术要求高：大桥要求抗震8级。抗风16级，设计寿命120年，比国内建造的其他工程要求都高；

3、节段体量大：深水区非通航孔标准节段长110m，最长节段长153.2m，吊重达3500 t，大节段的拼装、装船运输、整体吊装等施工环节具有挑战性。 基于上述特点，本工程业主提出了大型化、工厂化、预制化、装配化的设计施工理念，同时期望通过该桥的建设提升国内桥梁钢结构制造水平。为了承接该工程的建设，就必须按照“四化”理念，就必须对国内目前占主流地位的桥梁钢结构制造工艺技术与施工管理方式，进行大幅度的创新，提高钢结构制造的机械化、数字化、工厂化水平。而实现这些创新的物质基础是钢结构制造设备配置的更新和资源保障的全面加强。

港珠澳大桥钢箱梁板单元生产量大，如何在规定的工期内完成如此繁重的板单元和梁段制造任务，并且还要保证制造质量稳定可靠，是港珠澳大桥施工中的一个突出重点和难点。解决这一问题，除了从工艺和管理等方面进行技术研究外，关键还要提高板单元制造的质量稳定性和生产效率。本课题以板单元制造为研究对象，实现板单元的自动化生产，保证港珠澳大桥的生产周期和产品质量，提升钢箱梁的制造水平，推动行业技术进步。

近年来国内的机械制造水平发展快速，尤其是焊接机器人在汽车制造、工程机械、机车车辆等行业已经得到了广泛应用，国内桥梁钢结构的自动化制造水平已经相对落后，具有很大的提升空间。港珠澳大桥的开工建设使对研究应用板单元自动化提供了一个难得的契机，大桥总共约40 万吨的板单元制造，工程量大，同类构件的数量多，非常适合进行自动化制造。港珠澳大桥管理局本着促进民族产业振兴，推动行业进步的目标，为本课题的开展创造了有利的条件。因此开展

5

钢箱梁板单元制造自动化技术研究是非常及时和必要的，对钢箱梁桥的快速发展具有重要的推动作用和实际意义。

2、国内外技术现状

2.1国内技术现状

随着科学技术不断进步、社会不断发展，钢桥因绿色环保、质量可靠等优势在桥梁所占比例不断提高。美国60万座桥梁中，钢桥占33%。日本13万座桥梁中，钢桥占41%。近年来，我国钢桥建设发展迅猛，无论是跨海、跨江等大跨度桥梁，如杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、苏通大桥、嘉绍大桥等，还是市政桥梁如武汉市二环线、郑州二环线、成都二环线等，均采用了大量的钢箱梁桥梁。这些桥梁的先后建成标志着我国已成为世界桥梁大国。

但我国离世界桥梁强国还有一定的距离。设计层面上，我国桥梁缺乏自主设计性，除钢管拱桥型外，其他桥型基本为国外首创。制造层面上， 目前我国钢箱梁板单元制造的自动化水平较低，质量稳定性较差。与国外相比，国内桥梁钢结构设计强调创新，桥梁结构形式变化较快，同一项目结构相同的构件数量较少，制造厂做完一个项目后，很多工装设备无法在新的项目得到利用。采用U 形肋板单元焊接化制造技术也受这方面的制约，国内往往多个项目同时制作，各项目的结构不同，需要不断地调整设备，造成辅助时间和成本较高，自动化的经济效益不明显，另外国内丰富的劳动力资源和较低的人工成本，也使厂家进行自动化生产研究的热情不高。

武船重工阳逻基地，经过10多年的不断努力，广泛采用新技术、新工艺、新设备，建成了桥梁钢箱梁专业生产线，并拥有一系列自主知识产权的专用设备。这条生产线的建立，较大地提高了机械化程度，但与发达国家如日本等还有一定差距，如打标划线还是采用人工操作。板单元的矫正完全依靠人工火工矫正、装配焊接机械化程度还有待提高，制造精度差距较大，智能化的生产设备还没有应用。以本公司为例，钢板切割下料主要采用数控火焰切割，需要人工编程、打号、写号和划线；板单元U 形肋和板肋的组装，主要采用手工或半机械化作业，工艺为：人工打磨底漆，在组装胎型上利用手动压紧装置定位并压紧U 形肋和板肋，然后手工定位焊。板单元上U 形肋和板肋角焊缝采用气体保护焊机配角焊缝机械导向跟踪器焊接，横隔板单元等全部采用手工半自动焊，见图2-1、图2-2。

6

国内其他几个主要的桥梁钢结构厂家情况与我公司类似，自动组装定位装配机、龙门式多头焊机、焊接机器人等先进的设备在国内桥梁钢结构生产尚没有实际应用。

图2.1-1 U 形肋板单元组装 图2.1-2 U 形肋板单元焊接

图2.1-3 横隔板单元组装 图2.1-4 横隔板单元焊接

2.2国外技术现状

调查发现，日本制造厂的板单元自动化水平较高，一方面是由于他们在电子、信息、机器人技术方面较为先进的技术实力，另外和他们桥梁钢结构的设计理念有关，他们在桥梁设计时很看重的一条就是结构的标准化，同类构件在形状、尺寸等方面尽量保持一致，以满足自动化生产的需要，减少工装、设备、技术准备等方面重复和浪费。

日本在钢桥制造领域自动化程度较高，他们在板单元组装时，先由人工进行划线、定位，然后用焊接机器人进行加密定位焊；U 形肋和板肋板单元基本采用机器人实现自动化焊接；横隔板单元也多采用自动化焊接设备；焊后采用机械矫形设备进行矫正。在钢箱梁节段拼装和桥位梁段间焊接方面，日本制造厂的自动化水平与中国差别不大，主要采用人工焊接，个别焊缝采用人工配合机械设备焊接的方法。

7

图2.1-5 日本制造厂的板单元生产设备

8

3、研究内容与技术线路

3.1研究内容

本课题主要包括两个方面的研究内容。其一是板单元制造技术的研究。其二是板单元制造加工流程和生产线的布局研究。 3.1.1板单元制造技术的研究

根据目前板单元制造的技术水平，结合国内外的研究现状，确定从以下几个方面研究提升板单元的自动化制造水平。

（1）钢板下料技术

钢板下料采用效率高，切割面质量好，能确保零件尺寸精度的空气等离子切割设备，同时该设备还带有自动划线和喷号功能，可以在下料前将母材各类信息喷写在各个零件上，实现零件材质跟踪，可以同时划出组装基线，取消了人工划线工序，避免出现人为偏差，提高效率和精度。

（2）U 形肋加工技术

传统的加工生产线加工的U 形肋坡口尺寸、钝边大小不稳定，打磨修整的工作量较大、难度较高，处理不好会影响角焊缝焊接熔深，折弯机床控制系统精度低，自动定位、压紧力控制精度差，造成压型后的U 形肋直线度、竖弯、开口宽度、两肢高度差等外形尺寸不稳定，组装后与顶板的间隙容易超差，也会影响角焊缝焊接熔深。新的U 形肋加工生产线应能够全面提高其加工质量，为实现U 形肋自动组装、定位，确保坡口根部焊接质量奠定基础。

（3）板肋加工技术

板肋采用拉条机下料后，自由边采用人工进行R2倒角，效率低下。坡口采用火焰切割，精度低，切割后旁弯大，还要进行火工矫正。新的板肋加工技术应能够实现R2倒棱和坡口加工实现机械化作业，提高加工效率和质量。

（4）板单元自动组装和定位焊技术

桥面板单元与其它板单元相比，形状比较规则，采用专用设备，容易实现自动化。可以在原有组装胎具基础上，研发出桥面板单元自动组装和定位焊专用机床，实现自动定位、压紧及定位焊的功能，结合钢板赶平和改进的Ｕ形肋加工技术，确保Ｕ形肋与桥面板的组装间隙在0.5mm 以内，避免在焊接过程中因焊接间隙超差导致U 形肋根部焊穿，提高定位焊缝的质量稳定性。

9

（5）U 形肋、板肋板单元自动化焊接技术

正交异性桥面板单元的焊缝总长度超过120 万米，如果采用传统的焊接方法生产效率低，质量不稳定。采用机器人自动化、智能化焊接系统可以消除人工操作不稳定因素，提高焊接质量稳定性和生产效率。

（6）横隔板单元自动化焊接技术

横隔板单元加劲肋目前主要采用气体保护半自动方法手工焊接，受人为因素的影响，焊接变形大，焊接质量不稳定。如果采用机器人自动化、智能化焊接系统，将横隔板的焊接顺序和焊接规范参数等信息输入程序，通过程序控制横隔板上加劲肋的焊接，质量稳定，焊接变形小，焊接效率高。

（7）板单元机械矫正技术

板单元焊接完工后一般采用火工矫正，对操作人员的技能有较高的同时，还要消耗大量的氧气、乙炔等气体，矫正过程中还需要将单元件不断的翻身。如能够实现机械矫正，生产效率提高，工人劳动强度将大幅度降低。 3.1.2加工流程和生产线的布局研究

传统的钢箱梁板单元生产流程模式通常采用工序分散式布局模式。此生产流程模式布局较为分散，关键工序衔接不流畅，工件转序转运工作量大，生产组织难度大，生产成本高，生产效率低。目前我公司的板单元生产除U肋板单元制造形成了较为完善的生产线外，横隔板、腹板、斜底板等单元件也采用的是工序分散式布局模式。

本课题除进行各工序制造机械化自动化设备研究的同时，还需要进一步研究整个板单元自动化制造工艺流程和生产布局，以形成自动化制造生产线，达到生产工序布局合理，生产流转通畅，各种单元件的产能匹配，从而实现高效自动化制造，满足钢箱梁的总装的批产要求。为便于动态掌握工程进展情况，建立快速反应的信息管理机制，还将进行生产线在线可视化管理技术的研究。 3.2技术线路

本课题时间紧、任务重、要求高、影响深远，为此公司成立课题组，制定了明确的研究路线。

1、以港珠澳大桥为模型进行需求分析

总结公司现有资源技术状况，以港珠澳大桥钢箱梁制造为基本模型进行生产

10

需求分析，形成初步设想。确定在原有U肋板单元生产装备基础上增加板肋板单元生产线和横隔板生产线。由于本工程板肋和T肋非常多，加工量大，有必要从技术上解决落后生产瓶颈。

2、对国内外相关行业和单位进行考察，收集相关技术资料，明确生产线的技术目标。

3、分析研究板单元制造技术及改进措施。 4、进行总体设计，确定工艺流程和生产布局

5、设备配置设计，提出项目创意、工作原理、功能需求和约束条件 6、联合专业厂家进行技术攻关，完成设备初步设计 7、开展相关试验，保证设计方案可行 8、厂家进行设备制造，公司课题组进行监制 9、设备安装与调试 10、试生产与完善 11、正式投产与最终验收

4、制造工艺流程布局设计

4.1制造单元件的分类

桥梁钢箱梁为正交异性结构，分为纵向构造和横向构造。纵向构造包括顶板单元、底板单元、斜底板单元、中腹板单元、边腹板单元。横向构造包括横隔板单元、横隔肋单元（空腹式横隔板）。结构形式如下图所示。

图4.1-1 板单元结构形式图

11

为了实现板单元制造的标准化、自动化，结合钢箱梁的总体制造方案，通过对钢箱梁段构造的分析，对梁段进行了合理的板单元划分，如下图所示。

江海直达船航道桥整体式标准节段断面图①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩111213①②③④⑤⑥图4.1-2 板单元划分图

在生产线布局设计时须对这些单元件进行归类，钢箱梁的纵向构造顶板单元、底板单元、斜底板单元、中腹板单元、边腹板单元的加劲形式主要有U形肋和板肋（I形肋）两种形式，因此可将这些板单元的制造划分为U肋板单元和板肋板单元两种单元件的制造。对于结构上同时有U肋和板肋加劲的单元件可在U肋生产线上进行兼容。横隔板单元上面布置有竖向和水平加筋和人孔加强圈等结

12

构，需要单独进行制造。横肋办单元虽然形状大小各异，但可归为T形肋部件进行制造。

综上所述，钢箱梁各种单元可归纳为U肋板单元（含U肋）、板肋板单元（含板肋）、横隔板单元和T形部件四种类型进行加工制造。 4.2单元件的物量分析

港珠澳DB01标段板单元数量统计

名称 U肋 板肋 顶板 底板 斜底板 （边、中）腹板 横隔板 合计 CB01标段 42174 28974 10637 4389 1562 2430 4741 23759 CB02标段 33858 22338 7088 3244 1290 2308 4059 17989 港珠澳大桥CB02标段共有645个钢箱梁，各种单元件数量如下表所示：

单元件类型 单元件数量（件） 单元件重量（t） 顶 板 U肋板单元 7088 56335.0 底 板 板肋板单元 3244 22029.1 斜底板 U肋板单元 1290 13663.8 横隔板 横隔板单元 4059 15509.2 腹板（边腹板、中腹板） 板肋板单元 2308 13632.7 横肋板 T肋部件 18740 20057.0 合 计 36729 141226.7 单元件名称 将上表转化为生产线上的单元件类型后，各单元件数量如下表所示：

单元件类型 U肋板单元 板肋板单元 横隔板单元 T肋部件 合 计 单元件数量（件） 单元件重量（t） 所占比例（%） 8378 69998.8 49.56% 5552 35661.8 25.25% 4059 15509.2 10.98% 18740 20057.0 14.20% 36729 141226.7 100%

以上所列为总数量，尺寸为标准节段长度，长10m，约占总数量的70%，其余为12～15m的非标节段。

港珠澳大桥总工期36个月，扣除技术准备时间及桥址施工周期等约一年的时间，大桥板单元的制造周期约为两年。港珠澳大桥CB02标段工程量为16.3万吨，课题组设计生产线的能力是能够满足最大标段的制造需要，因此生产线平均年生产能力要满足港珠澳大桥单元件生产效率的要求且大于9万吨，按年生产制造10万吨板单元钢结构来配置制造工艺装备。

13

港珠澳大桥单元件生产效率要求

名称 U肋 板肋 U肋板单元 板肋板单元 横隔板单元 T肋部件 4200 2800 2100 9500 年产量（件） 21000 14500 4.3板单元制造工艺流程

1、板材下料及坡口加工主要工艺流程为：

板材预处理—→板材吊上切割平台—→板材对位—→（焊缝清磨）—→板材划线—→板材切割下料—→板边清理—→（过渡坡口加工—→铣边）—→检验—→存放。

板材下料及坡口加工主要工艺内容

1）钢板从存放区吊运到七辊矫平机输送辊道上，开动输送辊道将钢板送入七辊矫平机上下压辊之间；

2）启动七辊矫平机进行钢板的矫平，然后输送至板材预处理机中； 3）启动板材预处理机喷砂系统对钢板进行喷丸除锈处理； 4）启动板材预处理机喷漆系统对钢板进行表面喷漆防锈处理； 5）板材输送辊道出口进行号料标记；

6）板材吊上工作平台并进行对位，启动多头砂带清磨机对焊缝区进行清磨； 7）启动数控喷粉划线号料机进行板材划线号料；

8）板材吊上切割平台并进行对位，启动数控（火焰、等离子）切割机进行板材切割下料；板材吊运至清理区进行板边切割碴清理；

9）对于有要求板边加工的板材，吊运至相应的加工设备上进行过渡坡口加工、铣边加工等；

10）板材切割下料完成后吊至检验区进行板材切割、板边加工质量检验； 11）板材吊运至存放区。

2、板肋加工主要工艺流程为：

板材吊上切割平台—→拉条切割下料—→板边清理—→长边滚压成形R2—→长边铣坡口加工—→检验—→存放。

板肋加工主要工艺内容

1）板材吊上切割平台并进行对位，启动数控多头火焰切割机进行板材拉条

14

切割下料；板条吊运至清理区进行板边切割碴清理；

2）板条吊运至R2滚边机进口输送辊道上进行长边滚压成形R2，板条R2滚压成形质量检查；

3）已滚压R2板条经输送机构横向输送至坡口铣边机输送辊道进口； 4）启动坡口铣边机进行板条单边双坡口铣边，板条坡口质量检查； 5）已铣坡口板条吊下输送辊道，吊运至存放区。

3、U肋加工主要工艺流程为：

板材吊上切割平台—→拉条切割下料—→板边清理—→矫平—→铣端头—→双边坡口铣加工—→铣端头—→螺栓孔加工—→折弯—→检验—→存放。

U肋加工主要工艺内容

1）板材吊上切割平台并进行对位，启动数控多头火焰切割机进行板材拉条切割下料；板条吊运至清理区进行板边切割碴清理；

2）板条吊运至流水生产线输送辊道进口，启动生产线设备运行，板条进入数控板材矫平机进行矫平；

3）板条在输送辊道上达到铣端头位，电磁吸铁通电吸紧板条并调整好铣端头位置，启动铣削动力头进行板条端头铣削加工；

4）电磁吸铁吸紧板条经滚动轨道输送到板条双边坡口铣加工位，调整好两边的铣削动力头位置，进行板条双边坡口连续铣削加工；

5）板条在输送辊道上达到铣端头位，调整好铣端头位置，启动铣削动力头进行板条端头铣削加工，启动多头群钻动力头进行U肋端头螺栓孔加工；

6）板条机加工后，吊运出输送辊道送到数控折弯机工作台上，根据加工数据输入加工参数，启动数控折弯机进行板条的U肋折弯加工；

7）用检验模板对U肋折弯质量进行检验，然后，用输出装置将加工好的U肋拉出加工位；

8）吊运出U肋至存放区。

4、U肋板单元生产工艺流程：

钢板吊至装配平台上—→钢板对齐定位—→吊运U肋至顶、底板上—→（U

15

肋端口栓孔精确定位—→）U肋装配定位焊—→U肋板单元摇摆胎架夹具上定位夹紧—→板单元倾斜30°多根U肋一边同时焊接—→板单元反方向倾斜30°多根U肋另一边同时焊接—→检验修补—→矫正机进行U肋板单元机械矫正—→U肋板单元在线检验—→吊运转序

U肋板单元生产工艺内容

1）将钢板起吊至安装工位的料架上，调整钢板对齐装置上的活动挡块，启动对齐装置上的液压缸，推动钢板向固定侧的定位块靠齐。 2） 将U肋摆放在装配线上，一端部通过定位装置将端部固定。

3）启动U肋安装机操作按钮，放下仿形板将U肋压紧，启动焊接系统进行定位焊。

4）将安装后的U肋板单元吊至摇摆焊接胎架上，进行钢板对中并夹紧，摇摆焊接胎架倾斜30°，启动多头U肋焊接机，对多U肋单边进行双丝气体保护焊接，然后摇摆焊接胎架向反方向倾斜30°，启动多头U肋焊接机，对U肋另一边进行双丝气体保护焊接。

5） U肋梁焊接完毕后，手工修补，对U肋板单元进行焊缝检验。 6） U肋梁检验修补完毕后，吊至U肋矫正机上。

7） 采用机械滚矫工艺对它进行精确矫正，主要对焊后的U肋两侧进行矫正，以达到U肋装配时精度要求。

8） 在输出辊道上用检测传感器进行在线精确检测； 9） 矫正完U肋板单元后，吊运至其它工位或存放区。

5、板肋板单元生产工艺流程

钢板吊至上料平台上—→钢板对齐定位—→吊运板肋至钢板上—→板肋端头精确定位—→板肋装配定位焊—→多根板肋同时双边焊接—→检验修补—→矫正机进行板肋板单元机械矫正—→板肋板单元在线检验—→吊运转序

板肋板单元生产工艺内容

1）将底板起吊至安装工位的料架上，调整钢板对齐装置上的活动挡块，启动对齐装置上的液压缸，推动钢板向固定侧的定位块靠齐。 2）

将板肋插入端部定位装置内。

16

3） 启动板肋安装机操作按钮，放下板肋压紧装置，启动焊接系统进行

定位焊。 4）

将安装后的板肋板单元吊至焊接料架上并，启动多头板肋焊接机，

对板肋进行双丝气体保护焊接。 5） 6） 7）

板肋板单元焊接完毕后，手工修补，对板肋板单元进行检测。 板肋板单元检验修补完毕后，吊至板肋矫正机上。

采用机械滚矫工艺对它进行精确矫正，主要对焊后的板肋两侧进行

矫正，以达到板肋装配时精度要求。 8） 9）

6、横隔板单元生产工艺：

横隔板吊至上料平台上—→横隔板对齐定位—→纵、横向板肋在横隔板上定位—→板肋压紧装配定位焊—→人孔圈及线缆圈装配定位焊—→拼装好的横隔板单元吊至焊接平台上—→纵、横向板肋按顺序焊接—→人孔圈及线缆圈焊接—→检验修磨—→压点可移动油压矫正机进行矫正—→检验—→吊运转序

横隔板单元生产工艺内容

1） 横隔板吊至上料平台上，启动对齐装置上的液压缸，推动钢板向固定侧的定位块靠齐，横隔板对齐定位；

2） 吊运一边纵向板肋至横隔板上定位，用板肋装配机压紧装配定位焊； 3） 吊运横向板肋至横隔板上定位，用板肋装配机压紧装配定位焊； 4） 吊运另一边纵向板肋至横隔板上定位，用板肋装配机压紧装配定位焊；

5） 安装人孔圈及线缆圈压紧装配定位焊；

6） 拼装好的板肋板单元吊至焊接料架上，纵横向板肋按顺序焊接； 7） 人孔圈及线缆圈焊接，检验修磨，修补完成后吊运至矫正区； 8） 压点可移动油压矫正机进行矫正，矫正完输送输出区， 9） 横隔板单元吊至检验胎架进行平面度检验，吊装转序 。

在输出辊道上用检测传感器进行在线精确检测； 矫正完板肋板单元后，吊运至其它工位或存放区。

17

间底漆到烘干实现了流水作业。对于少量的厚度≥40mm的板材采用1台不小于1000吨的油压钢板矫正机进行压矫。

设备名称 七辊矫平机 喷丸除锈、喷涂设备 压点可移动油压矫正机 型号 1000吨 规格 40×4500mm 4500mm 60×4500mm 数量 1 1 1 生产企业 备注 3) 预处理设备技术参数

序号 项目 长度 1 处理的钢材规格 宽度 厚度 2 3 4 5 6 7 处理的型材规格 高度 mm 宽度 m/min kg/m m/min mm kg 个 kg/min m/s kw μm m3/min m3/h Kw Mpa ≤600 ≥2.5 1500 1～6 0.8-1.2 16000 8 8*480 78 8*30 15～25 5-6 ≥32000 760 0.4-0.6 mm 单位 参数 ≤16000 ≤4000 6-80 ≤400 生产效率 辊道最大允许负荷 工件输送速度 弹丸直径 弹丸首次加入量 数量 抛丸量 抛射速度 电机功率 8 抛丸器参数 9 10 11 12 13 14 喷漆漆膜厚度 除锈等级 压缩空气耗量 总通风量 总功率 气缸所需压力 SIS55900-1988 A-B SA2.5

43

4) 生产效率

钢板辊平机辊速一般为3m/min，按平均板厚16mm，宽度3000mm，利用率80%计算，每台班可辊平钢板430吨，即单班制年产不少于10万吨。

6.2板材加工生产线

板材加工系指板单元主体材料如顶底板、横隔板、腹板等的下料、坡口加工等工序。

1、 板材加工生产线流程：

机械打磨—→数控划线、打标—→数控切割—→铣边开坡口 下图是板材加工生产线的现场加工流程照片。

①底漆机械打磨

②数控下线、打标

④铣边、开坡口

③数控切割

数量 1 1 2 2、

序号 1 2 3

板材加工生产线的主要设备

设备名称 主要规格参数 运行速度1-10m/min，12个抛光头 运行速度1-10m/min，6个抛光头 6000x40000,自动编程、自动划线、喷码44

平板砂带自动打磨机I 平板砂带自动打磨机II 数控划线号料机

打标 4 5 6 数控等离子火焰切割机 数控火焰切割机 XY5S型铣边机 30x6000x40000,自动编程、自动划线、坡口开制、喷码打标 100x6000x40000,自动编程、自动划线、坡口开制、喷码打标 18500×12500×2600 1 2 1

6.3 U肋加工生产线

U肋加工时钢箱桥梁建造过程中的重要一环，U形肋板由于板料长宽比大，且厚度较薄，对板料的直线度、平行度及坡口加工等要求都比较高。

1) U肋加工生产线的主要流程：

板材预处理—→下料—→矫平—→板条叠装铣边—→板条叠装螺栓孔加工—→板条角叠装坡口铣削加工—→折弯加工—→存放。 2) U肋加工生产线的设备数量

U肋生产线设备包括6m×40m门式多头火焰切割机一台，12×2000十一辊平机一台，18m多头铣边机一台，18m`坡口铣边机一台，18m×2000吨数控折弯机一台，Z3050摇臂钻床两台。

3) U肋加工生产线的技术参数

序号 项目 长度 1 处理的钢材规格 宽度 厚度 2 3 4 处理的型材规格 高度 mm 宽度 m/min kg/m ≤600 ≥2.5 1500 mm 单位 参数 ≤16000 ≤4000 6-80 ≤400 生产效率 辊道最大允许负荷 4) U肋加工生产线效率

按单班制计算，每天可加工100根，250天能加工出25000根U肋。

6.4板肋加工生产线

板肋加工生产线主要完成板肋自由边R2倒棱和坡口加工。 1) 本生产线的主要特点

以往R2倒棱通常是打磨工采用风动或电动打磨机行打磨，效率低，质量

不稳定，而且打磨产生的粉尘易对人体造成伤害。坡口加工常采用火焰切割加工，

45

虽然效率高，成本低，但加工精度低，切割后产生较大的镰刀弯需要二次矫正，增加成本的同时降低了整体功效。坡口加工也可在龙门铣床或龙门刨床上采用铣削或刨削等机械加工方式，但由于这种细长的板件在加工过程中应残余应力释放，若采用叠装批量加工方式，二次装夹后长度方向变形给机加工造成很大的困难。

为了解决上述问题，在新的生产线中，研制了一台R2机械倒棱机和板肋坡口铣边机。两台设备之间通过辊道连接，形成流水作业。生产线的主要特点如下：

1. R2倒棱采用机械挤压成型，通过上下两组4个挤压轮，将板肋两侧的直角边挤压成R2圆弧角，工件进给速度10m/min，每天可加工板肋及其他需要倒角构件1000m以上。

2. 双面坡口铣边机与R2倒角机配套使用，采用仿型的V型铣刀盘，直接将倒角后的板肋单边加工出需要的双面坡口。工件进给速度1200mm/min，每班可加工板肋350m。

3. 相对以前的铣边机加工，R2倒角机和双面坡口铣边机效率大大提高，成本明显降低。由于采用全机械操作，电脑数字控制，能保证质量的稳定性，消除了人工不稳定性对质量的影响。 6.5U肋板单元生产线

U肋板单元生产线分为下料、装配、焊接和矫正四个主要工位，在生产线上配有数控划线号料机、数控切割机、装配料架、龙门式U肋装配机、龙门式多头焊机、液压反变形摇摆胎架、机械滚压矫正机等工装设备。公司在U肋板单元生产领域研制了较为成熟的成套专用设备，装配机、摇摆焊接胎架、龙门焊机均在阳逻厂区成线设置进行钢箱梁单元件的生产。在双柳厂区新的生产线的研制中，我们从布局到设备的机械化、精细化方面进行了全面的升级。 1) U肋板单元生产线

底板吊至装配胎架上—→侧边对齐并夹紧—→吊运U肋至底板上—→用U肋装配机安装、点焊—→拼装好的U肋板单元吊至焊接摇摆胎夹具上倾斜30° 5根U肋同时焊接—→反方向倾斜30°5根U肋同时焊接—→检验修补 修补完成后进入矫正区—→矫正机进行矫正—→矫正完输送输出区，吊装转序

46

图6.5-1 U肋板单元现场施工图

2) U肋板单元主要设备

序号 设 备 名 称 1 2 3 4 5 底板对齐装配胎架 U肋端口栓孔精确定位装置 移动式U肋装配机 可调式液压反变形胎架 十头双丝U肋龙门焊接机 主要规格参数 5000x40000,每隔4米放置一个侧边对齐装置 4500x2000，前后移动范围500 6000x40000总压力15吨,行走速度10米/min 翻转角±30 6000x40000行走速度V=10m/min 焊接速度V=250-1000mm/min V=6m/min,矫正力100吨/个，前 后各15米输送辊道 0数量 2 2 2 8 4 单位 台 台 台 台 台 6 U肋板单元机械滚压矫正机 1 台 3) U肋板单元生产线技术参数

序号 1 项目 U肋板单元的规格 长度L 宽度D 厚度 高度 2 3 4 5 U肋骨的规格 宽度 厚度 肋中心间距 最大板单元重量 板肋数目 mm T 根 mm mm 单位 参数 10000≤L≤16000 1800≤D≤4500 ≤40 260-280 400 12 600-800mm 30 ≤5 47

7、横齿T形梁的生产工艺流程

T形梁翼板吊装上H型钢组立机下辊道上—→腹板吊装上H型钢组立机翼板上—→翼板和腹板对中定位压紧—→翼板和腹板定位焊—→反向输送T形梁返回—→焊接装置与输送联动完成横齿T形梁双边焊接—→反向输送T形梁返回—→翼板矫正—→检验—→存放

横齿T形梁的生产工艺内容

1）横齿T形梁的各组件从存放区吊运转序到横齿T形梁的生产存放区； 2）翼板吊装上H型钢组立机下辊道上，启动H型钢组立机下辊道驱动系统将翼板送入组立机；

3）齿腹板吊装上H型钢组立机翼板上，启动H型钢组立机翼板和腹板定位辊轮进行对中定位；

4）启动H型钢组立机腹板压紧装置，启动H型钢组立机点焊装置进行翼板和腹板定位焊；

5）启动H型钢组立机下辊道驱动系统将横齿T形梁输送一段距离，重复上述装配过程直至完成横齿T形梁装配；

6）启动H型钢组立机反向输送使返回，启动H型钢组立机焊接装置与输送联动完成横齿T形梁双边焊接；

7）启动H型钢组立机反向输送使返回，启动H型钢组立机矫正装置与输送联动完成横齿T形梁翼板矫正；

8）横齿T形梁吊装下架检验，横齿T形梁吊装到存放区。

4.4生产线总体布置设计

根据港珠澳大桥钢箱梁板单元生产工艺流程特点及武船集团公司双柳基地建有全新的6联跨厂房，将一、二、三跨作为板单元制造生产区域，总面积为3×33×755=74745m2。 板单元生产线总体布置按产品对象物料流程最近原则进行布置设计。板单元生产线总体布置如下图所示。

板单元生产线总体布置设计图

18

1400板肋板条R2倒角生产车间 120m跨1-08跨1-0340000门式多头火焰切割机（新增）180002000040000等离子/火焰数控切割机（已安装）4800跨1-06形齿形板存放区板肋板单元检验区U肋板单元存放区翼板存放区横肋腹板存放区跨1-07中腹板形梁存放区跨1-1436000T形梁组焊区挑臂形梁存放区横肋形梁存放区跨1-0220002500漆泵房储丸间34200板肋安装区4400040000(横隔板装配区）500060000板肋板单元焊接区350080000横隔板单元焊接区1800034200板肋板单元矫正区跨1-1234200横隔板单元矫正区横隔板单元检验区18000横 肋 板 生 产 区变电所变电所跨1-01配电间工具间维修间卫生间跨2-0140000等离子/火焰数控切割机（新增）跨2-02跨2-0534350U肋安装区35000480016000300016000跨2-085200160003000800001630001600030001600034350U肋安装区配电所变电所跨2-061800015000150001#预处理车间跨1-04跨1-09U肋板单元存放区跨1-10跨1-11横肋板单元装焊区跨1-13变电所 双拼板单元齿形板装焊区55000配电所跨2-11车间内产品转出通道 （兼做消防通道）34200U肋板单元矫正区300016000520016000300016000跨2-08U肋板单元存放区车间内产品转出通道 （兼做消防通道）250040000门式多头火焰切割机（新增）U肋板单元检验区U肋板单元存放区U肋板单元存放区U肋板单元存放区跨2-105000 装焊区400002000040000门式多头火焰切割机（已安装））跨2-04坡口铣边机跨2-07跨2-08跨2-07跨2-07跨2-08跨2-07U肋板单元存放区U肋板单元存放区U肋板单元存放区U肋板单元存放区变电所钢料堆场钢料堆场跨3-0140000数控划线号料机40000火焰切割机跨3-02U肋手孔切割区板条矫平铣端头铣双边坡口铣端头端头钻孔数控折边（U肋压制）U肋存放区2500余废料堆场250040000数控划线号料机40000火焰切割机跨3-02U肋存放区U肋存放区U肋存放区U肋存放区跨3-01变电所跨4-0140000等离子/火焰数控切割机（已安装）20000变电所剪板机变电所变电所配电间工具间维修间卫生间变电所35600(U肋板矫平机）2#预处理车间跨6-03跨6-05跨6-07 63T低压电动平板车1500t油压机跨6-09配套场地四边（坡口）铣边机U肋钻孔区U肋手孔切割区U肋存放区U肋存放区挑臂单元清洁间储丸间40000门式多头火焰切割机（已安装））数控板料(U肋成形)折弯机跨6-0816m三芯辊跨6-02

图4.4-1 板单元生产线前段布置设计图

钢料堆场 2X39m预处理车间、余废料堆场 48m理料车间 2X30m1400生产车间 99m板肋板条R2倒角跨6-06车间内产品转出通道 18m 30006000跨1-0340000门式多头火焰切割机（新增）跨1-02储丸间主机轴线900漆泵房 25002000040000等离子/火焰数控切割机（已安装）6000主机滚到轴线1#预处理车间主传动主机轴线跨1-04变电所30006000跨2-0140000等离子/火焰数控切割机（新增）跨2-02校平机简易厂房跨1-01变电所配电间工具间卫生间维修间车间内产品转出通道 （兼做消防通道）250040000门式多头火焰切割机（新增）30002000040000门式多头火焰切割机（已安装））48003000600030006000钢料堆场钢料堆场余废料堆场 跨3-0240000火焰切割机250040000数控划线号料机250040000数控划线号料机40000火焰切割机跨3-023000 300030006000跨3-01图4.4-2 板单元生产线中段布置设计图 6000跨1-066000 300012000跨3-0145003000跨2-04坡口铣边机跨1-08跨1-0760000板肋板单元焊接区7400034200板肋板单元矫正区18000跨1-1234200横隔板单元矫正区18000480034200板肋安装区4400040000(横隔板装配区）5000350080000横隔板单元焊接区732530002000732518000配电所变电所跨2-061800030006000跨2-0534350U肋安装区34350U肋安装区80000163000150001500035000480016000300016000跨2-08520016000跨2-08控制台分阀台34200U肋板单元矫正区300016000520016000跨2-07300016000跨2-08U肋板单元存放区300016000跨2-07300016000跨2-0730007000跨2-07跨2-0812000

U肋手孔切割区板条矫平铣端头铣双边坡口铣端头端头钻孔数控折边（U肋压制）U肋存放区U肋存放区U肋存放区U肋存放区U肋存放区变电所图4.4-3 板单元生产线后段布置设计图

生产车间 120m

3000T形齿形板存放区6000中腹板T形梁存放区跨1-1436000T形梁组焊区横肋T形梁存放区挑臂T形梁存放区翼板存放区横肋腹板存放区2000横 肋 板 生 产 区横肋板单元装焊区跨1-13

变电所300010000配电所3000 双拼板单元齿形板装焊区55000跨2-10挑臂单元 装焊区40000跨2-115000变电所 19 开水750070007000跨1-09跨1-10跨1-1130007000

典型生产线的布置

板条矫平铣端头铣双边坡口铣端头端头钻孔

图4.4-6 U肋板单元装配生产线布置

图4.4-7 板肋板单元装配生产线布置

图4.4-4 U肋加工生产线布置

图4.4-5 板肋加工生产线布置

数控折边（U肋压制）

20

图4.4-8 U肋板单元焊接生产线布置

图4.4-9 板肋板单元焊接生产线布置

4.5生产线总体科学规划

生产线的布局一般分为定位原则布局、工艺原则布局、产品原则布局、成组技术（单元式）布局四种基本类型。钢桥板单元的制造流程为：钢板下料加工→装配→焊接→矫正→完工检验，为流水作业，产品类型稳定，属于大批量同质性生产，因此板单元的生产采用产品原则布局较为合理，布局根据产品制造的步骤来安排设备或工作过程的方式 ，产品的加工（生产）过程的路径为直线型。生产平衡规划 ，作业工序和生产线节拍趋于一致，使流动速度最快。这种布局能够实现物料的直线运动 、连续的重复性生产 ，能够形成标准化、专业化的大规模生产 ，保证产品品质的稳定。 4.6生产线在线可视化管理技术

为便于发包人动态掌握工程进展情况，建立快速反应的信息管理机制，承包人应按发包人的要求在加工制造现场设置视频监控系统。视频监控系统主要分为视频前端设备和传输两部分。从生产制造及其相关的准备工作开始，直到工程交工验收，承包人应保持该系统的有效运作。

视频前端设备包括有彩色/黑白摄像机、云台、镜头、防护罩、视频编码/解码器、摄像机立柱、避雷针、安装基层或支架等相关设备，承包人负责设备的安装、维护及供电传输部分指租用电信运营的传输通道。承包人应向制造场地和拼装场地所在地的电信运营商申请数据专线传输通道，将视频信号连接到发包人位于珠海的视频监控平台，传输通道的带宽不低于2M/路。

21

5、关键制造技术研究及设备的研制

5.1钢板的焊缝机械清磨及自动划线打标技术 1）现有工艺技术分析

对于钢板的自动划线打标技术的应用，国外发达国家应用比较广泛，而国内一些大型企业也有采用，如大型造船厂的板块流水生产线。但是，钢板的焊缝清磨仍然是人工电动或气动进行，清磨时间长，工效低，质量难以保证，钢板的焊缝机械多头清磨没有重视和采用。 2）改进技术工艺

为更好的发挥生产线的效能、减少劳动、提高生产的自动化、避开各生产工位的瓶颈，我厂与华联科技集团合作，对钢板的自动划线打标技术进行最优化设计，并新设计研制了钢板的焊缝多头砂带清磨机，与钢板的自动划线打标机同跨布置，以满足焊缝多头砂带清磨和自动划线及自动打标要求。

图5.1-1 多头砂带清磨机

22

数控划线号料工艺技术特点

（1）高精度数控切割机带有喷粉划线、喷码打标，可直接在钢板上划出各装配线和定位线，大大提高生产效率，降低了劳动强度。同时，可直接在钢板上打上标记、代号及各种说明，减少人工划线和打标，有利于物料的管理。

（2）机器综合精度如下： a.划线速度为：1000mm/min b.边长误差 (四边) ≤ 0.5mm c.对角线偏差 ≤ 0.5mm d.回原点偏差 ≤ 0.2mm e.对角线直线度 ≤ 0.5mm f.交点偏差 ≤ 0.5mm g.顺逆直线偏差 ≤ 0.2mm h.整机定位精度 ≤ 0.5mm 钢板的焊缝多头砂带清磨机技术特点

钢板的焊缝多头砂带清磨机采用了可机动调整多机头间距的砂带清磨机头结构，便于板单元产品焊缝变更位置时的机头快速调整，工效高；采用了砂带清磨机头气动抬高及压下转动结构，气动压力可调使砂带接触钢板压力均匀，清磨质量高。多砂带清磨机头同时清磨钢板的焊缝处，生产效率高。

23

5.2板单元件的流水线自动加工技术 1、U肋加工生产线 1）现有工艺技术分析

按传统的U肋工艺两边分别铣或刨加工制作，不仅变形大、效率低下，且质量难以保证，员工劳动强度大，不太适应大规模生产。

100014001000板条矫平铣端头2）改进技术工艺

铣双边坡口铣端头端头钻孔数控折边为了解决这些技术上的问题，此生产线上研制了数控四边单面坡口成型机、多头钻床、折弯机等设备，提高了U肋加工的精度和生产效率。

（1） 整个设备采用流水作业的方式进行布置，U肋的生产进行了全面的升

级。

（2）数控四边单面坡口成型机一改过去普通铣边机的加工模式，改工件固定刀具运动为刀具固定工件运动，U肋板上工作台后，自动对中锁紧，以精密直线导轨自动进给工件，以8组刀盘同线加工U肋板的4个端边坡口。多头钻床在线加工，U肋板端头12个孔一次完成。

（3）从数控火焰切割机到折弯机，U肋生产线全长180m，全流程自动控制，数字检测，改变刨边机、铣边机、摇臂钻等传统加工工艺，高度集成，加工精度高。

（4）新的生产线节省场地一半以上，坡口加工精度提高了一个数量级，日产U肋达150支。

（5）为了保证U肋坡口钝边的精度满足在0.5～1mm，专门设计了相应的辅助工装，简单实用，效率较高。

（6）为了提高U肋手孔的切割质量，设计了等离子仿形切割工具，一次定位可以完成手孔和过焊孔的切割，切割表面质量良好，功效高。

2、板肋加工生产线 1）现有工艺技术分析

以往R2倒棱通常是打磨工采用风动或电动打磨机进行打磨，效率低，质量不稳定，而且打磨产生的粉尘易对人体造成伤害。坡口加工常采用火焰切割加工，

24

虽然效率高，成本低，但加工精度低，切割后产生较大的镰刀弯需要二次矫正，增加成本的同时降低了整体功效。坡口加工也可在龙门铣床或龙门刨床上采用铣削或刨削等机械加工方式，但由于这种细长的板件在加工过程中应残余应力释放，若采用叠装批量加工方式，二次装夹后长度方向变形给机加工造成很大的困难。

2）改进技术工艺

为了解决上述问题，在新的生产线中，研制了一台R2机械倒棱机和板肋坡口铣边机。两台设备之间通过辊道连接，形成流水作业。生产线的主要特点如下：

（1）R2倒棱采用机械挤压成型，通过上下两组4个挤压轮，将板肋两侧的直角边挤压成R2圆弧角，工件进给速度10m/min，每天可加工板肋及其他需要倒角构件1000m以上。

（2）双面坡口铣边机与R2倒角机配套使用，采用仿型的V型铣刀盘，直接将倒角后的板肋单边加工出需要的双面坡口。工件进给速度1200mm/min，每班可加工板肋350m。

（3）相对以前的铣边机加工，R2倒角机和双面坡口铣边机效率大大提高，成本明显降低。由于采用全机械操作，电脑数字控制，能保证质量的稳定性，消除了人工不稳定性对质量的影响。 1、 板材加工生产线

原先的工艺流程是数控下料后开制坡口，然后人工划线和打磨除锈。人工用砂轮机打磨，耗时长，打磨外观及效果不稳定。为了提高板单元制造机械化、自动化水平，减少手工作业对质量的影响，提高生产效率和质量，首次采用了机械打磨、数控划线与打标工艺流程。 加工生产线有如下特点：

1. 机械打磨整齐划一，打磨彻底，比人工打磨质量稳定的同时，生产效率大幅提高；多头龙门压点式打磨机，采用数字化控制打磨位置，12个打磨头，整张钢板同时打磨，完全露出金属光泽，外观统一美观。 2. 将机械打磨工序设置在划线之前，避免了二次划线；

3. 设计制作专用工装，保证了数控划线与切割的坐标系的协调统一； 4. 机械加工过渡坡口精度高，质量好，有效避免了火焰切割1:8这种斜面容易产生的缺陷。

25

5.3板单元的机械化自动装配技术

我们在U肋板单元生产线、板肋板单元生产线和横隔板单元生产线都设计研制了机械化的装备设备。满足高精度装配、定位焊、高质量连续生产板单元生产线要求。

1、U肋板单元装配技术 1）现有工艺技术分析

目前，U肋板单元装配技术是本公司研制的电动气压式机械装配机进行装配的制造技术最先进，采用的是整体多U肋模板压装工艺，压模结构简单，但是U肋板单元产品变更时，要人工更换整体多U肋模板，时间长，且整体多U肋模板导向刚性较差，影响装配精度。U肋端口栓孔定位采用的是U肋卡模栓固手操气动工艺，结构简单，但是U肋板单元产品变更时，要人工更换整体多U肋卡模位置，时间长，工效低。装配胎架没有板块对齐定位功能。国内企业一般采用机械手动压装工艺，国外采用的是单根U肋全长向机械压装工艺，设备庞大，单根压装各根间距精度难于保证。 2）改进技术工艺

针对存在的问题，在新的U肋生产线上我们重新设计了U肋端口栓孔精确定位装置、钢板对齐装置装配胎架和电动液压式U肋装配机。主要特点为：

图5.3-1 电动液压U肋装配机

（1）研究设计的电动液压式U肋装配机，采用了整体横梁导向滑移多头U肋模板可调式压装工艺，U肋板单元产品变更时，机动调整U肋压模头位置，时间短，且整体横梁导向滑移导向刚性较好，装配精度高。

（2）液压式比气压式装配压力大，结构占用空间小而紧凑。

（3）U肋端口栓孔精确定位装置采用了多U肋卡模头滑移可调式液压机动对位工艺，U肋板单元产品变更时，调整U肋卡模头位置时间短，工效高。

26

（4）装配胎架具有板块对齐定位功能。

这些设备可以完成U肋板单元的机械化自动装配，其具体加工过程如下： （1）将底板起吊至安装工位的料架上，调整钢板对齐装置上的活动挡块，启动对齐装置上的液压缸，推动钢板向固定侧的定位块靠齐。

（2）调整U肋端口栓孔精确定位装置U肋卡模头的相对位置。

（3）将U肋摆放在装配线上，一端部通过U肋端口栓孔精确定位装置将端部固定。

（4）启动U肋装配机操作按钮，整体横梁导向滑移压下U肋压模头将U肋压紧，启动焊接系统进行定位焊，每隔500mm间距将U肋压紧并对齐装配线，同时进行手工定位焊。

U肋端口栓孔精确定位装置的定位精度：±0.5mm 移动式U肋装配机定位精度：±1mm 2、板肋板单元装配技术 1）现有工艺技术分析

国内现有板肋装配技术主要仍是码板压装工艺，对板材点焊伤害较大，少量企业采用单根机械压装工艺，国外企业采用单根机械压装工艺，工效低。 2）改进技术工艺

在分析研究现有板肋板单元装配技术存在的特点后，我们设计研制了钢板对齐装配胎架、板肋定位装置和移动式板肋装配机组成的板肋板单元装配生产线。主要改进技术特点为：

27

（1）装配胎架具有板块对齐定位功能，钢板吊上装配胎架由液压推进装置进行板块对齐定位，有利于板肋的下一步精确定位装配。

（2）板肋定位装置对多根板肋吊装进入其中进行端头及间距定位。 （3）移动式板肋装配机采用了气动夹紧定位技术和焊头滚轮机械跟踪技术，对多根板肋进行自动对位夹紧和压紧，自动进行连续装配定位焊。

这些设备可以完成板肋板单元的机械化自动装配，其具体加工过程如下： （1）将底板起吊至安装工位的料架上，调整钢板对齐装置上的活动挡块，启动对齐装置上的液压缸，推动钢板向固定侧的定位块靠齐。

（2）将多根板肋一端分别插入板肋端口栓孔精确定位装置内。

（3）启动板肋装配机，放下板肋压紧和对中装置将板肋对正在装配线上并消除贴合处间隙，启动焊接系统进行连续装配定位焊。

板肋定位装置定位精度；±0.5mm 移动式板肋装配机定位精度：±1mm 3、横隔板单元装配技术 1）现有工艺技术分析

国内现有横隔板板肋装配技术主要仍是码板压装工艺，对板材点焊伤害较大，国外企业采用单点单根机械压装工艺，工效低。 2）改进技术工艺

在分析研究现有横隔板单元装配技术存在的特点后，我们设计研制了横隔板单元装配机。主要改进技术特点为：

（1）电动推杆压头结构 ，装配压力大 ，没有漏油现象发生。

（2）独特的三横梁四压头结构设计，刚性大，可实现工作台面内纵横向及斜向板肋的双压点定位装配，可服单点压装工艺初始定位直线度差的难题。

这些设备可以完成横隔板单元的机械装配，其具体加工过程如下： （1）将横隔板吊至安装工位的工作台上，调整钢板对齐装置上的定位挡块。 （2）在横隔板装配板肋线上按线预置磁力码，将料框内板肋吊运移至横隔板板肋装配线上，板肋贴近磁力码由磁力吸引贴紧。

（3）启动横隔板单元装配机，调整压头位置，使两压头对准板肋压紧，点焊。

28

5.4多头焊机自动跟踪焊接技术

多头焊机自动跟踪焊接技术的研究和引进，大大的提高了U肋板、板肋板的焊接精度和效率。同时能很好的改善工人的工作环境。 1、 六头双丝U肋龙门焊接机 1）现有工艺技术分析

现有自动跟踪焊接技术主要有球头（滚轮）机械跟踪、位移传感器跟踪、光电跟踪和电弧跟踪四种。

球头（滚轮）机械跟踪是比较传统的自动跟踪焊接技术，是由球头（滚轮）在V型焊道内带动各向弹性构件被动驱动焊枪进行跟踪，结构简单，成本低，对初始对位操作要求高。

位移传感器跟踪是由小球头在V型焊道内带动位移传感器产生各向电信号并反馈到数控系统，再由数控系统分析控制各主动系统驱动焊枪进行跟踪，结构较简单，占用空间小，成本较低，对初始对位操作要求较高。

光电跟踪是通过光线对V型焊道的反射偏移角度的不同，照射在传感器光敏电阻不同区域，从而产生电压或电流信号的大小并反馈到数控系统，再由数控系统分析控制各主动系统驱动焊枪进行跟踪，结构较简单，占用空间小，成本较低，对V型焊道的粗糙度要求高且只能适用于一次焊接成形的情况。

电弧跟踪是通过焊接时的电流和电压的变化，由传感器检测并反馈到数控系统，再由数控系统分析控制机械手各主动系统驱动焊枪进行跟踪，结构复杂，占用空间大，成本高，对初始对位操作要求较低。

综合以上自动跟踪焊接技术的分析，球头（滚轮）机械跟踪对初始对位操作要求高，在公司原研制的首台多头龙门焊接机中的应用不理想。光电跟踪方式对V型焊道的粗糙度要求高且只能适用于一次焊接成形的情况。电弧跟踪占用空间大，而U肋间距仅仅600mm，现有机械手结构过大，不能同时安装六台，且成本过高。

2）改进技术工艺

根据以上自动跟踪焊接技术的分析，考虑到板单元的适用情况，我们选择了位移传感器跟踪方式作为六头双丝U肋龙门式焊接机焊头跟踪方式。在焊接设备研制中，我厂和华联科技集团合作，根据钢桥U肋板单元上U肋与钢板之间填角

29

焊缝的焊接工艺方式，自开发研制的焊接U肋板单元设备。该机主要用于多根U肋与底板之间同时气体保护船形焊接的专用设备，该机结构紧凑，操作方便。

本机采用双边驱动的结构形式，主要由驱动行走机构、门架体、升降横梁、6组立柱横移机构、6组立柱升降机构，焊接摇摆臂，6套焊缝跟踪系统、自动焊接系统、气控系统、电气控制系统等组成。

本机通过伺服电机-减速箱-滚轮系统驱动门架整体平稳移动。升降横梁上设有5个焊接升降立柱，每一升降立柱上设有一个焊缝跟踪装置、焊缝跟踪装置在左右、上下跟踪拖板的作用下沿焊缝运行。升降横梁可与摇摆式焊接反变形胎一样倾斜0～±30°，升降机构与水平移动机构可轻松操作，焊接效率高。控制系统采用PLC自动控制，气保焊机的电流、电压数字集中控制，操作简便。

本机的焊接要求：底板宽度4.5m，底板最大长度为16m,底板厚度为12-40 mm,U肋板厚度12mm,U肋板与底板夹角为106°,坡口角度为46°,钝边2mm。每块底板上5根U肋，U肋中心间距为600-800mm。工件材质为Q370。

本机的特点：

1. 多根U肋同时进行船形焊接。

2. 10台气保焊机电流、电压集中数字控制、焊接工艺参数可储存调用，单个焊机又设有微调功能。

3. CO2气体集中供气统一管理。

30

4. 本设备运用双弧双丝气保焊焊接：采用位移传感器自动跟踪焊接方式。 5. 气保焊枪上下、左右可手动微调。 本机的基本性能规格： 1. 门架轨距：7米。

2. 门架行走速度：约2～10m/min（伺服电机+减速机+滚轮驱）。 3. 焊接速度：400～1000mm/min（无级调速）。 4. 升降横梁可倾斜角度：0～±30°。

5. 导轨长度：160米x2（四台U肋安装机共轨）。 6. 单台移动范围：40米。

7. 焊接方式:双弧双丝气体保护焊。

8. 焊丝供给方式：采用桶装药芯焊丝φ1.4、φ1.6。 9. 焊缝跟踪方式：电子接触式焊缝跟踪，跟踪精度±0.2mm。 10. 焊缝跟踪范围：左右100mm，上下250mm。

11. 焊枪手动微调范围：上下、左右各±30mm，角度±5度。

12. 焊烟净化方式：在每个焊头处设有一个抽烟口，集中进入焊烟过滤器净

化后排入大气。

2、 十头双丝双边板肋龙门焊接机 1）现有工艺技术分析

多头双边板肋焊接技术在造船行业有较广泛的应用，但在钢桥建造行业还没有任何应用。但是，造船行业的船舶平面分段的板肋间距都很大，焊接机头尺寸大，能够满足其应用要求，而钢桥板单元板肋间距都较小，直接引进造船多头双边板肋焊接技术，不能达到钢桥板单元板多头双边板肋焊接要求。

2）改进技术工艺

为了引进造船多头双边板肋焊接技术，我厂和华联科技集团对现有的双边板肋焊接技术进行了分析研究，在根据钢桥板肋板单元上板肋与钢板之间填角焊缝的焊接现实条件，研制了焊接板肋板单元设备——龙门式十头板肋双丝焊接机。该机主要用于多根板肋与底板之间同时气体保护平角焊接的专用设备，该机结构紧凑，操作方便。

31

本机采用双边驱动的结构形式，主要由驱动行走机构、门架体、5组立柱横移机构、立柱升降机构，导弧架水平移动机构、导弧机构、自动焊接系统、焊缝跟踪系统、电气控制系统等组成；本机通过伺服电机-减速箱-滚轮系统驱动台车整体移动，从而带动导弧机构平稳移动，每一升降立柱上设有一个焊缝跟踪装置、焊缝跟踪装置在左右、上下跟踪拖板的作用下沿焊缝运行。每一升降立柱安装在主门架横梁上，在齿轮与齿条的带动下可左右移动，进行位置调整。立柱上设有减速机与上下升降齿条，焊臂可进行较大范围上下调整。升降机构与水平移动机构可轻松操作，焊接效率高。

控制系统采用PLC自动控制，气保焊机的控制箱集中控制，操作简便。 本机的焊接要求：底板宽度4.5m，底板最大长度为16m,底板厚度为12-40 mm,板肋板厚度12mm,板肋板与底板夹角为900。每块底板上5根板肋，板肋中心间距为600-800mm。工件材质为Q370qD。

本机的特点：

1. 多根板肋同时进行平角焊接。 2. 气保焊机控制箱集中数字控制。 3. CO2气体集中供气统一管理。

4. 本设备运用双弧双丝气保焊焊接；焊缝采用机械式仿形焊缝跟踪。 5. 气保焊枪上下、左右可手动微节。 6. 焊烟净化除尘。

32

本机的基本性能规格：

1. 焊接方法：双面双丝Co2气体保护焊高速焊 2. 焊接方式：连续水平角焊 3. 焊丝：Φ1.4 4. 焊接脚高：6mm～9mm

5. 同侧前后丝间距：25～50mm(可调) 6. 两侧前后丝间距：最大100mm（可调） 7. 焊丝垂直角度：+/-15度（以45度为基准） 8. 焊丝横向角度调节：+/-15度 9. 焊接速度：900mm/分（焊脚6mm时） 10. 底漆厚度：最大20μm

11. 焊丝的垂直高度、左右距离可以微调±50mm。 12. 轨距：6m

13. 导轨长度：60米x2（二台焊接机共轨）

14. 门架运动速度：10m/min(伺服电机+减速机+驱动滚轮）

5.5横隔板单元的机器人焊接技术 1）现有工艺技术分析

机器人焊接技术在国外应用广泛，特别是在日本造桥行业应用普遍，国内造桥行业没有应用先例，国内钢结构行业已有部分应用。 2）改进技术工艺

由于横隔板单元上安装有纵、横肋板以及人孔，其形状复杂，不便于用人工焊接，为此，我们引进了两台焊接机器人。它能有效的提高生产效率和加工精度，同时能改善加工环境。减少工人的工作量。下面是此焊接机器人的基本介绍。

1. 最大工件相关信息：

长度：12000㎜ 宽度：4500 ㎜ 高度：300 ㎜ 重量：约10000Kg 2. 系统主要部件配置表

名 称

规 格 33

数量 产 地

焊接机器人 焊接电源 送丝装置 单丝焊枪 清枪、剪丝装置 冷却水循环器 3轴机器人移动装置 护栏 降压变压器(系统用) ARCMAN-MP SENSARC-UC500 RFW652B RTW506C15-LL-S300 ARS－77 MP-250B-FL THHθ370450ESH（天吊型） 1.2m高 网状形式 TSMTR30HGE 2 2 2 2 2 2 1 1 1 日本神钢 日本神钢 日本神钢 日本神钢 宾采尔 日本神钢 唐山开元 唐山开元 唐山松下 3. 机器人的功能配置

a) 具有高性能电弧跟踪功能：具有对焊缝左右和上下两个方向进行跟踪功能、跟踪结果记忆功能。在往复多层多道焊中，可利用第一层焊接时获取的工件变化信息，利用控制系统整理计算，将结果直接作用于后道工序，跟踪精度必须具备分级可调功能。

b) 具有接触传感程序：使用焊丝为检测工具能够实现焊接起始点传感和终点传感，多点传感，焊接长度传感，圆弧传感以及传感重试功能，并能在坡口内部进行传感功能，检测坡口幅宽变化并能自动调整焊枪摆动幅度及熔敷量。

c) 多层多道焊功能：含有层间角度调整功能，自动焊枪定位功能；根据焊接要求，利用数据库资源，可自动设定每道焊接条件，在机器人自动焊接时生成多层焊接程序，并自动执行多层焊接。机器人系统具备开放式的焊接专家数据库，在已知焊接板厚和焊缝要求时，可直接调用专家数据库焊接参数进行焊接，同时，可根据具体情况，对专家数据库的具体参数进行修改。

d) 多层多道焊接过程中，在第一道焊缝焊接过程中发生意外（如碰撞）中断，不需重新编辑或修改程序，必须具备继续完成其余焊缝焊接的功能，

e) 具有喷嘴接触回避功能，在指定的区间内检测了喷嘴接触的时候，可以以预先设定的回避条件 （回避方向以及回避水平）为基础进行回避动作。

f) 电弧重启功能：当工件表面的锈和熔渣等绝缘物的影响电弧没有发生时，可反复进行预先设定次数的起弧动作。

g) 具有暂时停止再启动功能及断电恢复功能：再故障排除或上电后，可以直接从暂停位置直接开始工作，无需进行坐标再确认或空运转程序。

h) 粘丝自动解除功能： 在焊接结束时，出现焊丝粘在工件上的情况下，自动熔断焊丝解除粘丝状态，使之达到可以继续运转状态的功能，并可以设置接触

34

次数。

i) 具有程序编辑、变换、呼出功能以及示教/再生切换功能：系统结构设计合理，生产制造精度高，保证实现未来再增加相同设备所需要的程序复制、平移和镜像等功能，不需要重新编辑程序，简化示教。

j) 再生暂时停止自动恢复功能： 在再生时的焊接中发生电弧异常和暂时停止的时候，去除错误因素或者暂时停止原因后，在再起动时调用命令，自动从任意的位置向电弧切断位置恢复的功能。同时还可以通过设定对于电弧切断位置的偏置量（以电弧切断位置为基准的焊接线方向的平移量），可以指定焊缝的重叠和焊接剩余部分。焊接过程中由于碰撞和焊枪位置变化等异常情况中断焊接后，不需要重新示教，从示教器即可查看错误信息，并立即纠正。可以方便的在中断位置重新开始焊接。

k) 自诊断与自保护功能： 机器人的控制系统能够时时对各个环节监测，当由于程序异常时，能够立即终止程序，把错误信息及时的反映到示教器的液晶显示屏中。操作人员可以根据提示信息来解除错误警报。

l) 停电中断后的再生再开功能： 在机器人运转中突然停电的时候，为了可以平稳的恢复到停电前的再生状态，而支援再生再开的功能。

本机器人适宜用于中厚板（板厚为6mm-20mm）弧焊的六轴焊接机器人，精确稳定的控制系统，重复定位精度±0.1mm，可搬运质量不小于10Kg，最大活动半径≥2000mm。

5.5板单元的机械校正技术

板单元在焊接之后都会有一定的形变，为保持板单元原有的形状，我们在每一条生产线上引进研制了相应的板单元矫正机。 1、U肋板单元机械滚压矫正 1）现有工艺技术分析

国内U肋板单元矫正多采用火焰矫正工艺，对钢板的性能造成较大影响。在造船行业有引进的船舶平面板肋分段全宽多点滚压矫正机应用实例。日本采用单根单点机械点压矫正，工效较低。 2）改进技术工艺

考察并借鉴造船行业引进的船舶平面板肋分段全宽多点滚压矫正机，分析研

35

究其工作原理，我们联合无锡华联针对U肋板单元的结构特点进行了U肋板单元机械滚压矫正机的设计研制。主要改变是由板肋滚压矫正机的上部双压点下部单压点改为了上部单压点下部双压点结构，压点间距为适应U肋板单元间距而进行了缩小尺寸和加强设计。本机主要由门架体、输送辊道、侧边对正装置、压辊移动体、减速机、液压缸、上压辊、下传动辊、液压系统、电气系统及其它辅件组成。

基本工作原理：根据来料U肋板单元上的U肋间距（须根据底板的厚度及工件的角变形程度来确定其距离值），将各U肋矫正辊调整好相对位置，将U肋板单元吊入上料辊道，启动侧边对正装置将U肋板单元一侧靠紧导向轮，将U肋板单元送进矫正辊轮间，用3个液压油缸同时将6个压辊压下（每个油缸可单独控制），,启动减速机带动主传动辊将U肋板单元送出完成板单元的矫正。

图5.5-1 U肋板单元机械滚压校正机

本机的特点：

1. U肋板单元机械滚压矫正机单个压头压力可达到100t，有压力显示，

有压下量显示

36

2. 上压辊通过减速电机 、齿轮、齿条调节间距，下驱动辊通过减速电

机 ，齿轮，齿条调节间距。

3. U肋板单元底面平面度有电子检测装置，数字显示。 主要技术参数:

1. 最大单板尺寸:4.5mX16m 2. 最多U肋数目：5根 3. 最大单板龙筋重量：30T 4. U肋中心间距：600-800mm 5. U肋高度：260-280mm 6. U肋厚度：12mm 7. 底板厚度：40mm 8. 材质：Q345。 9. 矫正速度:1-5m/min 10. 空行速度：8m/min

11. 矫正精度要求：平面度≤±1.5mm/m

2、板肋板单元机械滚压矫正机 1）现有工艺技术分析

国内板肋板单元矫正多采用火焰矫正工艺，对钢板的性能造成较大影响。在造船行业有引进的船舶平面板肋分段全宽多点滚压矫正机应用实例。日本采用移动式液压机进行单根单点机械点压矫正，工效较低。 2）改进技术工艺

考察并借鉴造船行业引进的船舶平面板肋分段全宽多点滚压矫正机，分析研究其工作原理，我们联合无锡华联进行了板肋板单元机械滚压矫正机的设计研制。主要改变是压点间距为适应板肋板单元间距而进行了缩小尺寸和加强结构设计。本机主要由门架体、输送辊道、侧边对正装置、压辊移动体、减速机、液压缸、上压辊、下传动辊、液压系统、电气系统及其它辅件组成。

37

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/z7gv.html